ปัจจัยที่มีผลต่อการเกิดปฏิกิริยา

ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

ผลการค้นหารูปภาพสำหรับ ปัจจัยที่มีผลต่อการเกิดปฏิกิริยา

ปัจจัย (Factor) ที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

1. ธรรมชาติของสารตั้งต้น (Nature of reactant)
สารต่างชนิดกันจะทำปฏิกิริยาเคมีได้เร็วหรือช้าต่างขึ้นอยู่กับสมบัติของสารแต่ละชนิด เช่นโลหะโซเดียมทำปฏิกิริยากับน้ำเย็นได้เร็วมากและเกิดปฏิกิริยารุนแรง
ในขณะที่โลหะแมกนีเซียมทำปฏิกิริยากับน้ำเย็นได้ช้าแต่เกิดได้เร็วขึ้นเมื่อใช้น้ำร้อน


2. พื้นที่ผิวของสารตั้งต้น (Surface area)
จากการทดลองพบว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเป็นสัดส่วนโดยตรงกับพื้นที่ผิวของสารตั้งต้น คือเมื่อเพิ่มพื้นที่ผิวของสารตั้งต้นอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น อธิบายได้ว่า เมื่อสารตั้งต้นมีพื้นที่ผิวมากมีผลให้อนุภาคของสารมีโอกาสเข้าชนกันได้มาก จึงเกิดปฏิกิริยาเร็วขึ้น การเพิ่มพื้นที่ทำได้หลายวิธี เช่น ทำให้สารมีขนาดเล็กลงคือตัดให้เป็น
ชิ้นเล็กๆ หรือบดเป็นผงละเอียด ยิ่งทำให้สารมีขนาดเล็กมากเท่า
ใด(มวลคงที่) จะยิ่งเพิ่มพื้นที่ผิวให้มากขึ้น


3. ความเข้มข้นของสารตั้งต้น ( Concentration of reactant)
ในปฏิกิริยาเคมีส่วนใหญ่ อัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่เข้าทำปฏิกิริยา อธิบายได้ว่า เมื่อเพิ่มความเข้มข้นของสารตั้งต้น จะทำให้อนุภาคของ
สารตั้งต้นในระบบเพิ่มขึ้น โอกาสที่จะเกิดการชนกันจึงมีมากขึ้น และอนุภาคที่มีพลังงานสูงก็มีจำนวนมากขึ้นด้วย จึงมีผลทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยามีค่า
สูงสำหรับปฏิกิริยาที่มีสารตั้งต้นมากกว่าหนึ่งชนิด อัตราการเกิดปฏิกิริยาอาจขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้นเพียงสารใดสารหนึ่งหรือทุกสารก็ได้แต่อย่างไรก็
ตามมีปฏิกิริยาเคมีบางชนิดที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้นเลย กล่าวคือไม่ว่าจะเปลี่ยนความเข้มข้นของสารตั้งต้นอย่างไรอัตราการเกิด
ปฏิกิริยาจะคงที่เสมอ ตัวอย่าง เช่น ปฏิกิริยาการกำจัดแอลกอฮอล์ในเลือดคน สำหรับปฏิกิริยาเคมีที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้นอธิบายว่าใน
ระยะเริ่มต้นของปฏิกิริยาเคมีความเข้มข้นของสารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์จะเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว จากนั้นก็ค่อยๆ ลดลงและคงที่เมื่อปฏิกิริยาดำเนินเข้าสู่ภาวะสมดุล

3.1 กฎอัตราและค่าคงที่ของอัตรา (Rate Law and Rate Constant)

นักเคมีชาวนอร์เวย์ 2 ท่าน คือ Guldberg และ Waage ไได้กล่าวถึงความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับความเข้มข้นของสารตั้งต้น ไว้ว่า ” อัตราการเกิด-
ปฏิกิริยาเคมีเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของความเข้มข้นของสารตั้งต้น และความเข้มข้นแต่ละค่ามีเลขยกกำลังซึ่งแล้วแต่ปฏิกิริยาหนึ่งปฏิกิริยาใดโดยเฉพาะ” สำหรับปฏิกิริยาทั่วไป ของสาร A กับสาร B aA + bB cC + dD
ตามกฎสามารถเขียนความสัมพันธ์ได้ดังนี้
V [A] n[B] m
เพราะฉะนั้นสมการทั่วไป V = k[A] n[B] m
สมการทั่วไปที่ได้เรียกว่า กฎอัตรา หรือสมการอัตรา
V = อัตราการเกิดปฏิกิริยา
K = ค่าคงที่ของอัตรา
[A], [B] = ความเข้มข้นของสาร A และสาร B
n, m = เลขบอกกำลังความเข้มข้น

3.2 วิธีการหาค่า n, m และกฎอัตรา

ในการศึกษาผลของความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีต่างๆนั้นใช้วิธีการทดลองวัดอัตราการเกิดปฏิกิริยา โดยการทดลองแต่ละชุดนั้นให้ความเข้มข้น ของสารตั้งต้นตัวที่จะศึกษาเปลี่ยนแปลง ส่วนความเข้มข้นของสารตัวอื่นๆ รวมทั้งภาวะต่างๆคงที่ เช่น การศึกษาผลของความเข้มข้นของสารตั้งต้นของปฏิกิริยาระหว่าง CO กับ NO2ดังสมการ
CO(g) + NO2 (g) CO2 (g) + NO(g)
การทดลองชุดที่ 1

การทดลองขุดที่ 2

จากการทดลองชุดที่ 1 จะพบว่า อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มข้นของ CO เมื่อความเข้มข้นของ NO2 คงที่ ถ้าเพิ่มความเข้มข้นของ CO เป็น 2 เท่า อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะเพิ่มเป็น 2 เท่าด้วย (n = 1) ดังนั้น V [CO]
จากการทดลองชุดที่ 2 จะพบว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มข้นของ NO2 เมื่อความเข้มข้นของ CO คงที่ ถ้าเพิ่มความเข้มข้นของ NO2 เป็น 2 เท่า อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะเพิ่มเป็น 2 เท่าสด้วย (m = 1) ดังนั้น V [NO2]
จะเห็นได้ว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีของปฏิกิริยานี้เป็นสัดส่วนโดยตรงกับ [CO] และ [NO2] ซึ่งย่อมเท่ากับเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของ [CO] และ [NO2]
V [CO][NO2]
หรือ V = k[CO][NO2] สมการนี้คือ กฎของอัตรา

3.3 อันดับของปฏิกิริยา

จากสมการกฎของอัตรา V = k[A] n[B] m
n คือ อันดับของปฏิกิริยาในแง่ของสาร A และ m คืออันดับของปฏิกิริยาในแง่ของสาร B ผลรวมของเลขยกกำลังคือ n + m เรียกว่า อันดับรวมของปฏิกิริยา (Overal order of reaction) เช่น V = k[A] 2[B] แสดงว่าปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาอันดับ 3

3.4 การคำนวณหาค่า n , m กฎอัตรา และค่าคงที่ของอัตรา

จากปฏิกิริยา 2NO(g) + O2 (g) 2NO2 (g)
ซึ่งเกิดที่ 25 OC มีข้อมูลดังต่อไปนี้

จงหา ค่า n m กฎอัตรา และ k

เฉลย
อัตราการเกิดปฏิกิริยา = 1/2 x อัตราการเกิดของ NO

V = k[NO] n[O]m
พิจารณาในหลอดที่ 1 และ 2
V = [O] m
0.007/ 0.0035 = (0.02/0.01) m

2 = 2 m
m = 1
พิจารณาในหลอดที่ 3 และ
V = [NO] n
0.042 / 0.0105 = (0.02 / 0.01) n
4 = 2n
2 2 = 2 n
n = 2
กฎของอัตรา
V = k[NO] 2[O]

หาค่า k จาก หลอดที่ 2
0.007 = k (0.01) 2 (0.02)
k = 0.007/ (0.01) 2 (0.02)
k = 3500


4. อุณหภูมิ จากการทดลองทำให้ทราบว่าปฏิกิริยาเคมีขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ
กล่าวคือเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะสูงขึ้นและเมื่ออุรหภูมิลดลงอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะต่ำลง ตามทฤษฎีจลน์อธิบายว่าเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นโมเลกุล
จะเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วเพิ่มขึ้น จึงมีโอกาสชนกันมากขึ้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาจึงสูงขึ้น


5. ตัวเร่งปฏิกิริยา
จากการศึกษาที่ผ่านมาได้เปรียบเทียบการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับการเดินทางขึ้นภูเขา โดยพลังงานก่อกัมมันต์เปรียบได้กับความสูงของภูเขา ถ้าภูเขาสูงมากคนที่มีกำลังมากพอ
เท่านั้นจึงจะผ่านไปได้ แต่ถ้ามีทางสายใหม่ที่จะไปถึงจุดหมายปลายทางได้ง่ายขึ้น คนที่มีกำลังไม่มากก็สามารถผ่านไปได้ การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาจึงเปรียบเสมือนการเดิน
ทางสารใหม่ที่มีพลังงานก่อกัมมันต์ต่ำลง นั่นคือ การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยามีผลทำให้พลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยาต่ำลง อัตราการเกิดปฏิกิริยาจึงสูงขึ้นตัวเร่งปฏิกิริยา
ช่วยทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นโดยที่ตัวเร่งปฏิกิริยามีส่วนร่วมในการเกิดปฏิกิริยาเคมีด้วยเสมอ แต่เมื่อปฏิกิริยาสิ้นสุดลงหรือสารตั้งต้นเปลี่ยนไปเป็นสารผลิตภัณฑ์
แล้ว ตัวเร่งปฏิกิริยาจะกลับคืนมาเหมือนเดิม


6. ตัวหน่วงปฏิกิริยา
ตัวหน่วงปฏิกิริยา คือสารที่ทำหน้าที่ตรงกันข้ามกับตัวเร่งปฏิกิริยา คือเมื่อเติมลงไปแล้วจะทำให้ปฏิกิริยาเกิดช้าลง การหน่วงปฏิกิริยาของตัวหน่วงปฏิกิริยาทำได้
หลายลักษณะ เช่น มีส่วนร่วมในการเกิดปฏิกิริยา และเปลี่ยนไปเป็นสารใหม่ หรืออาจจะไปขัดขวางการทำหน้าที่ของตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นต้น

ตัวอย่าง

 

5. ตัวหน่วงปฏิกิริยา เป็นสารที่เติมลงไปในปฏิกิริยาโดยที่สารเหล่านี้จะไม่มีผลต่อการเกิด ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยา แต่จะมีผลไปเพิ่มค่าพลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยา จึงทำให้สารเกิดปฏิกิริยาได้ยากขึ้นหรือมีผลยับยั้งการเกิดปฏิกิริยาแล้ว ตัวหน่วงปฏิกิริยาทางเคมีและมีมวลเท่าเดิม แต่อาจมีสมบัติทางภาพบางอย่างเปลี่ยนแปลงไป เช่น มีขนาด หรือรูปร่างเปลี่ยนไป โดยตัวหน่วงปฏิกิริยาที่พบได้ชีวิตประจำวัน ได้แก่ สารกันบูดในอาหาร ที่ช่วยยับยั้งปฏิกิริยาที่ทำให้เกิดการเน่าเสียของอาหาร เป็นต้น

ตัวอย่าง

6. พื้นที่ผิวของสารตั้งต้น ในกรณีที่สารตั้งต้นเป็นของแข็ง การเพิ่มพื้นที่ผิวของสารจะช่วยให้เกิดปฏิกิริยาเคมีเร็วขึ้นได้ เนื่องจากพื้นที่ผิวที่เพิ่มขึ้นจะทำให้สารมีพื้นที่สำหรับการเข้าทำ ปฏิกิริยากันได้มากขึ้น ตัวอย่างเช่น การเคี้ยวอาหารให้ละเอียดก่อนกลืน จะช่วยทำให้อาหารมีขนาดเล็กลง และมีพื้นที่ผิวเพิ่มมากขึ้น จึงทำให้น้ำย่อยในระบบทางเดินอาหารสามารถเข้าย่อยอาหารได้ง่ายขึ้น เป็นต้น

ตัวอย่าง

 

7. ความดัน จะมีผลทำให้สารที่เป็นแก๊สสามารถทำปฏิกิริยากันได้ดีขึ้น เนื่องจากการเพิ่มความดันจะช่วยทำให้โมเลกุลของแก๊สเข้าอยู่มาอยู่ใกล้ชิด กันมากขึ้น มีจำนวนโมเลกุลของแก๊สต่อหน่วยพื้นที่เพิ่มขึ้น จึงมีโอกาสชนกันและเกิดปฏิกิริยาเคมีมากขึ้น ซึ่งลักษณะเช่นนี้ก็คล้ายกับกรณีที่สารที่มีความเข้มข้นมากจะสามารถเกิด ปฏิกิริยาได้เร็วขึ้นนั่นเอ

ที่มา :http://www.mmv.ac.th/CHEM/rootsite/sub_05.html

ที่มา :https://saranya05618.wordpress.com/

Comments

comments

ใส่ความเห็น